JP2009103544A - 電池電源および寿命判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップ電源装置の容量が必要十分かを判定する。
【解決手段】初回のメインテナンス放電の後に２回目のメインテナンス放電がなされる。Ｓ11において、単セル当たりのセル電圧と電流とがチェックされ、その結果に応じて電池電圧および電流が所定の値であり、且つ環境温度が所定範囲の温度の場合に、本体側にメインテナンス放電を行う要求が通知され、メインテナンス放電が実行される。一定の放電電流で、所定の電圧まで放電がなされる。この場合の放電時間がＳ17で記録され、Ｓ18において、放電時間の記録値と初期放電時間との比率に基づいて容量が計算される。求められた容量がバックアップ電源装置に接続された電子機器の動作に必要な最小限の容量以上であるか否かが判定される。Ｓ18において、容量が70％未満と判定されると、Ｓ19において、寿命終了品の表示がなされ、寿命終了品であることが本体側に通知される。
【選択図】図６

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池を有するバックアップ用の電池電源および電池パック寿命判定方法に関する。

バックアップ用電源装置は、ＵＰＳ(Uninterruptable Power Supply:無停電電源装置）と称され、停電時に、パーソナルコンピュータ、無線通信装置、ハードディスクレコーダ等の電子機器の動作を継続することを可能とするために使用されている。バックアップすることが可能な時間は、バックアップ用電源装置に内蔵された電池容量と、接続する電子機器の消費電力とで決定される。

例えば１００ワットの出力を３０分間供給できる能力をバックアップ用電源装置が備えており、電子機器の消費電力が５０ワットであれば、停電となってから１時間の電源供給が可能となる。しかしながら、二次電池例えばリチウムイオン二次電池は、充放電の回数、所謂サイクル数の増加にしたがって劣化が進行し、放電容量が低下する。また、経過時間が長くなるにしたがって、放電容量が低下する。環境温度が高いと、劣化の度合いの進行速度が速くなる。

バックアップ用途の電池には容量劣化の有無、使用回数の多少に関わらず交換時期は特定されておらず購入後、数年といった推奨保証期間（年数）があるだけで、容量劣化を認識できた場合や購入後ある年数経過したという理由でユーザーは交換時期を判断している。またはバックアップ電源が故障・異常を検知できた場合、交換時期と判断している。

バックアップ用途に求められるバックアップ電源装置は、メイン電源が停電・故障時に接続された電子機器がデータ保存処理等を行うために最小限必要な容量や電力量が求められる。この電子機器が行うデータ保存処理等の最小限必要な処理は、使用回数、使用年数、周囲温度、劣化具合に関わらず行われることが必要とされる。

従来の二次電池を有する電池パックでは、マイクロコンピュータを搭載していなくても電池電圧情報から放電可能時間を予測することは可能であった。また、マイクロコンピュータおよびＩＣ(Integrated Circuit)搭載のパックでは電池電圧情報、使用・サイクル回数情報、使用年数情報から残存実容量値、初期容量比（劣化具合）、放電可能時間を演算することが可能である。しかしながら、残存実容量値を表示または通知するだけなので、初期容量比５０％の劣化品であっても満充電完了時には、残存実容量値が１００％と表示されてしまう。放電時間が５０％に短縮されていても、残存容量値の情報をユーザーに通知している問題があった。

下記の特許文献１には、電池の寿命が短くなるにしたがって電池の内部インピーダンスが高くなることに注目し、内部インピーダンスを算出することによって、寿命に達したこと（以下、寿命終了と適宜称する）を検出することが記載されている。なお、電池の寿命終了とは、満充電しても電池の使用できる時間が極端に短くなる状態のことである。

特開２００２−３３０５４７号公報

かかる特許文献１に記載のものは、劣化情報を求めているが、電池自身の劣化または寿命を求めて得られた情報をユーザに提示するものであり、電池の放電容量が電子機器例えばノートＰＣの動作に必要な容量とは無関係に寿命の情報を提示するものであった。しかしながら、バックアップ電源装置の場合では、停電時において、接続された電子機器の最小限の動作を行うのに必要な容量が寿命によって失われていることは、バックアップ電源装置としての機能を果たせないことを意味する。

したがって、この発明の目的は、バックアップ電源装置に使用して好適な電池パックおよび寿命判定方法を提供するものである。

上述の課題を解決するために、この発明は、二次電池と、
二次電池の正負の電極からそれぞれ導出された正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して逆方向の極性の寄生ダイオードを有する充電制御用電界効果型トランジスタと、
正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して順方向の極性の寄生ダイオードを有する放電制御用電界効果型トランジスタと、
二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
二次電池の放電電流および充電電流を検出する検出用抵抗と、
温度を検出する温度検出素子と、
電圧検出回路により検出された電池電圧、検出用抵抗により検出された放電電流および充電電流の電流値および温度検出素子により検出された温度が入力され、充電および放電を制御する制御部とを備え、
制御部によって、温度検出素子により検出された温度が設定された範囲内にある場合に、予め設定された放電電流でもって、電池電圧が第１の電圧値の場合に開始し、電池電圧が第２の電圧値の場合に終了する連続的なメインテナンス放電を行うように制御し、
最初のメインテナンス放電において、第２の電圧値に達するまでの初期放電時間が記録され、
最初のメインテナンス放電の後になされる第２回目以降のメインテナンス放電における放電時間と、初期放電時間との比率によって、二次電池の現在の容量が設定された容量以上か否かを判定し、
二次電池の現在の容量が設定された容量以上と判定される場合に、正常と判定し、
二次電池の現在の容量が設定された容量未満と判定される場合に、寿命終了と判定する
ことを特徴とする電池電源装置である。

ここで、接続される外部の電子機器がメイン電源の停止時に行う必要最小限の動作に必要な電力量以上に、容量が設定されることが望ましい。

好ましくは、正常と判定される場合と、寿命終了と判定される場合とでそれぞれ異なる表示を行う表示部を有する。

さらに、二次電池の使用期間が設定された保証期間以上か否かを判定し、二次電池の使用期間が設定された保証期間以上の場合には、交換時期であると判定する。

交換時期であることを示す表示がなされる。

この発明は、二次電池と、
二次電池の正負の電極からそれぞれ導出された正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して逆方向の極性の寄生ダイオードを有する充電制御用電界効果型トランジスタと、
正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して順方向の極性の寄生ダイオードを有する放電制御用電界効果型トランジスタと、
二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
二次電池の放電電流および充電電流を検出する検出用抵抗と、
温度を検出する温度検出素子と、
電圧検出回路により検出された電池電圧、検出用抵抗により検出された放電電流および充電電流の電流値および温度検出素子により検出された温度が入力され、充電および放電をそれぞれ制御する制御部とを備える電池電源装置における寿命判定方法において、
制御部によって、温度検出素子により検出された温度が設定された範囲内にある場合に、予め設定された放電電流でもって、電池電圧が第１の電圧値の場合に開始し、電池電圧が第２の電圧値の場合に終了する最初のメインテナンス放電を行うように制御し、
最初のメインテナンス放電において、第２の電圧値に達するまでの初期放電時間が記録され、
最初のメインテナンス放電の後に第２回目以降のメインテナンス放電を行い、第２の電圧値に達するまでの放電時間が記録され、
初期放電時間と放電時間の比率によって、二次電池の現在の容量が設定された容量以上か否かを判定し、
二次電池の現在の容量が設定された容量以上と判定される場合に、正常と判定し、
二次電池の現在の容量が設定された容量未満と判定される場合に、寿命終了と判定する
ことを特徴とする寿命判定方法である。

この発明により生じる効果は、下記のものである。
１．電池交換時期および寿命終了の警告が確実に提示されるので、ユーザが電池交換時期を判断する必要がない。
２．サイクル劣化や時間経過による電池の寿命によらず、充電されれば容量があるのに自己放電等で容量が減少している場合、バックアップ電源に求められる必要最小限の容量（電力量）を満足できない状態であることを検出し、充電を行う。バックアップ電源装置の機能を考慮しており、また、単に、電圧低下だけで劣化や寿命終了を判断しない工夫をしている。
３．サイクル回数、使用年数、保存・使用環境温度等による容量劣化度を算出することにより、また、環境温度を考慮して、メイン電源が停電、または故障した時に、データ保存処理等を実施するための最低限必要な容量や電力量を供給できるか否かを判断し通知する。これにより、メイン電源が停電、故障等の非常時にバックアップ電池の容量や電力量が不足してデータ保存ができない問題を回避することが可能となる。

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。ここで、特許請求の範囲の各構成事項と実施の形態における構成事項との対応関係は以下の通りである。

二次電池として例えばリチウムイオン二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６が使用される。充電制御用電界効果型トランジスタがＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２である。放電制御用電界効果型トランジスタがＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９である。二次電池の電圧を検出する電圧検出回路がＩＣ５〜ＩＣ１０である。二次電池の放電電流および充電電流を検出する検出用抵抗がＲ１である。温度を検出する温度検出素子がサーミスタＴＨである。電圧検出回路により検出された電池電圧、検出用抵抗により検出された放電電流および充電電流の電流値および温度検出素子により検出された温度が入力され、充電および放電を制御する制御部がＣＰＵ−ＩＣ１である。ＣＰＵ−ＩＣ１によってメインテナンス放電が行われる。

最初のメインテナンス放電において、初期放電時間が記録され、第２回目以降のメインテナンス放電における放電時間と、初期放電時間との比率によって、二次電池の現在の容量が設定された容量以上か否かが判定される。二次電池の現在の容量が設定された容量以上と判定される場合に、正常と判定され、二次電池の現在の容量が設定された容量未満と判定される場合に、寿命終了と判定される。

図１がバックアップ電源装置の電池パックの構成を示す。一実施の形態では、６本の二次電池例えばリチウムイオン二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６が直列に接続されている。この電池接続は、一例であって、複数本の直列接続された電池を２以上並列に接続した構成であっても良い。二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の直列接続の＋（正極）側がヒューズＦ１と、放電制御用電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと略す）Ｑ２７，Ｑ２８，Ｑ２９と、充電制御用ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２を介して＋側端子Ｔ（＋）に接続される。二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の直列接続の−（負極）側が−側端子Ｔ（−）に接続される。

端子Ｔ（＋）およびＴ（−）には、バックアップ電源装置（本体）が接続され、バックアップ電源装置に対してバックアップ対象の電子機器が接続され、バックアップ時に電子機器の最小限必要な電力が二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６から供給される。また、充電を行うときには、端子Ｔ（＋）およびＴ（−）を介して充電電流が供給される。

放電制御用ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９並びに充電制御用ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２は、図２に拡大して示すように、Ｐチャンネル型ＦＥＴであって並列接続されている。並列接続は、電流容量を大きくするためである。図２において、Ｇ，Ｄ，Ｓのそれぞれは、ゲート，ドレイン，ソースをそれぞれ表している。

各ＦＥＴのドレイン・ソース間には、寄生ダイオード（図示せず）が存在する。放電制御用ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９においては、放電電流と逆方向の極性の寄生ダイオードが存在し、充電制御用ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２においては、充電電流と逆方向の極性の寄生ダイオードが存在する。

ＦＥＴＱ２７〜Ｑ３２は、Ｐチャンネル型であるので、ソース電位より所定値以上低いゲート電位によってＯＮする。放電制御用ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９のゲートが共通にＦＥＴＱ１のドレイン・ソースを介して−側端子Ｔ（−）に接続されている。したがって、図２に示すように、ＦＥＴＱ１がＯＦＦする場合には、ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９がＯＦＦし、ＦＥＴＱ１がＯＮする場合には、ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９がＯＮする。同様に、充電制御用ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２のゲートが共通にＦＥＴＱ２のドレイン・ソースを介して−側端子Ｔ（−）に接続されている。したがって、図２に示すように、ＦＥＴＱ２がＯＦＦする場合には、ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２がＯＦＦし、ＦＥＴＱ２がＯＮする場合には、ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２がＯＮする。

これらのＦＥＴＱ２７〜３２のＯＮ／ＯＦＦを接続することによって二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６に対する充電および放電を制御する。保護機能として、過充電、過放電、または過電流から二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６を保護する機能がある。例えば２５Ａ以上の放電電流が３秒間流れている場合、抵抗Ｒ１の両端に発生する電位差により放電制御用のＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９をＯＦＦさせ、過電流モードであることを本体側に通知する。

さらに、電池温度が所定温度例えば６０°Ｃ以上となると、放電制御用ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９がＯＦＦされる温度保護の機能がある。この場合、放電電流および充電電流のそれぞれが所定値以上流れている場合で、電池の表面温度が所定値以上であれば、温度異常として検出するようにしても良い。

保護動作について説明すると、過充電を検出すると、ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２をＯＦＦする充電制御信号がＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２のゲートに供給される。ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９は、ＯＮのままである。したがって、充電電流が遮断され、一方、放電電流がＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９およびＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２の寄生ダイオードを通じて流れることが可能である。この保護動作によって電源部の故障等による過充電状態を回避できる。

また、負荷が接続されており、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６が過放電状態になった場合は、電池が故障する場合がある。電池電圧がある電圧値（例えば２．７Ｖ×６）以下になったことが検出され、放電制御信号によってＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９がＯＦＦされ、放電電流を遮断する。ＦＥＴＱ３０，Ｑ３１，Ｑ３２は、ＯＮのままで充電電流Ｉｂが寄生ダイオードを通じて流れることが可能である。さらに、＋−端子間が短絡された場合には、大電流が流れてしまい、異常発熱する危険性がある。放電電流がある電流値以上流れた場合には、放電制御ＦＥＴＱ２７，Ｑ２８，Ｑ２９がＯＦＦされ、放電電流が遮断される。

これらの保護機能を行うために、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６のそれぞれの電圧を検出するための電圧検出回路ＩＣ５，ＩＣ６，ＩＣ７，ＩＣ８，ＩＣ９，ＩＣ１０が備えられている。ＩＣ５〜ＩＣ１０は、各二次電池の電池電圧を検出し、検出結果に応じて複数のＦＥＴＱ３〜Ｑ１４を制御し、ＦＥＴＱ２のＯＮ／ＯＦＦを制御すると共に、検出結果に応じて複数のＦＥＴＱ１５〜Ｑ２６を制御し、ＦＥＴＱ１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、電流検出用の抵抗Ｒ１が電流路中に挿入されている。さらに、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の温度検出用のサーミスタＴＨが設けられている。

電池電源部は、制御部としてのＣＰＵ(Central Processing Unit)ＩＣ１を備えている
。ＣＰＵ−ＩＣ１と共に、図示しないが、プログラム格納用のＲＯＭ、作業用メモリ領域を提供するＲＡＭ等で制御部（マイクロコンピュータ）が構成されている。ＣＰＵ−ＩＣ１に対して二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の直列回路の各接続点の電圧が供給される。二次電池ＢＡＴ１の＋極が抵抗Ｒ２およびＲ３の直列回路に接続され、抵抗分圧された電圧がＣＰＵに供給される。二次電池ＢＡＴ２の＋極が抵抗Ｒ４およびＲ５の直列回路に接続され、抵抗分圧された電圧がＣＰＵに供給される。二次電池ＢＡＴ３の＋極が抵抗Ｒ６およびＲ７の直列回路に接続され、抵抗分圧された電圧がＣＰＵに供給される。二次電池ＢＡＴ４の＋極が抵抗Ｒ８およびＲ９の直列回路に接続され、抵抗分圧された電圧がＣＰＵに供給される。二次電池ＢＡＴ５の＋極が抵抗Ｒ１０およびＲ１１の直列回路に接続され、抵抗分圧された電圧がＣＰＵに供給される。二次電池ＢＡＴ６に関しては、抵抗分圧の必要がないので、その＋極の電圧が直接ＣＰＵに供給される。

充電電流または放電電流は、電流路と直列に挿入された抵抗Ｒ１によって検出される。抵抗Ｒ１の両端に発生する電位差がＣＰＵに対して入力され、ＣＰＵが電流値を求める。さらに、二次電池の温度は、ＮＴＣ(Negative Temperature Coefficient：温度上昇に伴
い抵抗値が減少する特性を有する)サーミスタＴＨを使用し、温度変化に伴うその抵抗値
の変化を利用してＣＰＵが温度を検知する。

ＣＰＵ−ＩＣ１に対してレギュレータＩＣ２によって二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の電圧を安定化することが生成された例えば＋５Ｖの電源電圧が供給される。ＣＰＵ−ＩＣ１によってＯＮ（点灯）／ＯＦＦ（消灯）が制御される発光ダイオードＬＥＤ(Light Emitting Diode)が備えられている。さらに、不揮発性メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ(Electrical Erasable Programmable ＲＯＭ）ＩＣ４が備えられている。ＥＥＰＲＯＭ−ＩＣ４には、ＣＰＵ−ＩＣ１が各種演算に必要なテーブル等のデータが格納されている。

図３に示すように、４個の発光ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４がＣＰＵＩＣ１によってＯＮ／ＯＦＦされる。発光ダイオードＤ１〜Ｄ４は、後述するように、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の寿命終了等をユーザに提示するためのものである。発光ダイオードは、４個以外の数であっても良い。また、発光ダイオードは、電池パックの外側のケースに配置されており、バックアップ電源装置に組み込まれた状態において、外部からユーザが視認することが可能とされている。

ＣＰＵ−ＩＣ１は、バックアップ電源装置本体のＣＰＵと通信可能とされている。一例としてＳＭバス(System Management Bus)を通じて通信がなされる。ＳＭバスは、データ
信号ＤＡＴＡとクロック信号線ＣＬＫとからなる２線式のシリアルバスである。さらに、ＣＰＵ−ＩＣ１は、本体のＣＰＵに対して充電ＯＮ／ＯＦＦ信号と放電ＯＮ／ＯＦＦ信号とを出力する。本体のＣＰＵは、充電ＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて充電を行い、放電ＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて放電を行う。

ＣＰＵ−ＩＣ１は、ＳＭバスを介して、電圧、電流、温度、残存容量、使用回数・サイクル数、劣化具合、バッテリ状態、異常状態を送受信することができる。この発明の一実施の形態では、後述するように、寿命および交換時期を求める演算処理を行うようになされている。なお、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６の交換時期になったことをＬＥＤの表示によって提示するようにしているが、本体側に交換時期になったことの情報を伝送して、本体側で表示等を行っても良い。

本体側でバックアップ電池稼動時に求められる必要最低限容量・電力量を設定する。例えば、バックアップデ電源が最低限必要としている容量、電力量の負荷パターンおよび回数として、パルス放電１８Ａ／０．６秒＋７Ａ／１８．８秒＋１８Ａ／０．６秒＋２Ａ／５秒を２０回＝９０６ｍＡｈが設定される。サイクル回数、使用年数等による電池容量劣化があってもこの必要容量はあらゆる環境下においても保証されなければならない。

サイクル劣化や電池の寿命終了ではなく、充電されれば容量があるのに自己放電等で容量が減少している場合には、バックアップ電源に求められる必要最低容量・電力量を満足できない状態であることを本体側に通知し、充電行為を催促する。

容量計算の精度向上のために、メンテナンス放電は、下記条件（範囲限定）で行うようになされる。温度条件や放電電流値は容量計算用の各テーブルを設けることで範囲限定する必要はない。
・周囲温度を１５−４０℃の常温
・放電電流値は７．０００Ａ一定
・放電開始条件は電圧値＝３．９００Ｖ
・放電停止条件は電圧値＝３．０００Ｖ
なお、温度範囲や、放電電流値を特定しないで、計算用テーブルを設定するようにしても良い。電池パック側において、寿命および交換時期を演算処理していることをＳＭバスを介して本体側に通知し、実使用状態とは異なるメンテナンス放電を本体側に実施させる。

図４は、発光ダイオードＬＥＤを使用した表示部の複数の例を示す。発光ダイオードは、ＣＰＵ−ＩＣ１によってそのＯＮ／ＯＦＦが制御される。第１の例では、３個の発光ダイオードＤ１１，Ｄ１２，Ｄ１３が使用される。発光ダイオードＤ１１が正常か否かを表示し、正常時に例えば緑色で点灯する。発光ダイオードＤ１２が電池交換時期と判定されると、赤色で発光する。発光ダイオードＤ１３が寿命終了か否かを表示し、寿命終了と判定されると赤色で発光する。

第２の例では、一つの発光ダイオードＤ２１が使用される。正常時には、発光ダイオードＤ２１が緑色に発光し、電池交換時期または寿命終了と判定される時には、発光ダイオードＤ２１が赤色に発光する。電池交換時期または寿命終了と判定される時に、発光ダイオードＤ２１が点滅するようにしても良い。

第３の例では、４個の発光ダイオードＤ１〜Ｄ４が使用される。各発光ダイオードは、それぞれ電池容量の残量が２５％、５０％、７５％、１００％に対応する。例えば７６％以上の残量がある場合に、発光ダイオードＤ１〜Ｄ４の全てが緑色に発光する。残量が２５％以下となると、発光ダイオードＤ１のみが赤色に発光し、電池交換時期または寿命終了であることが表示される。発光ダイオードＤ１を点滅させて、電池交換時期または寿命終了であることを表示しても良い。さらに、全ての発光ダイオードＤ１〜Ｄ４を点滅させて、電池交換時期または寿命終了であることを表示しても良い。

上述したこの発明の一実施の形態において、ＣＰＵ−ＩＣ１の制御により実行される寿命判定動作について、図５および図６のフローチャートを参照して説明する。図５および図６に示されるフローチャートは、ステップＳ１〜Ｓ２４からなる一連の処理を説明するものであるが、作図スペースの制約から二つの図面に分割されたものである。

ノーマルモードでは、二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６のそれぞれが所定の範囲の電池電圧を出力することが可能とされている。若し、電池電圧が所定値より下がると、本体によって満充電される。ノーマルモードにおいて、上述したように、過充電、過放電、過電流、温度上昇のそれぞれに対する保護機能が働いている。さらに、大電流に対する保護がヒューズＦ１によりなされる。

充電完了後のノーマルモードにおいて、予め設定された周期で、電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６のそれぞれの電圧（図５においてはセル電圧と表記し、セル電圧の中の最小値をＶmin
と表記する）と抵抗Ｒ１により検出した電流値Ｉとが調べられ、ノーマルモードから寿命計算モードに移行するか否かが判定される。

ステップＳ１において、下記のように、単セル当たりのセル電圧と電流とがチェックされ、その結果に応じて次の処理が決定される。
Ｖmin＞3.900Ｖ ＆ Ｉ＝0.000Ａ +/- 0.300Ａ （１０秒間）
この状態が検出されると、処理がステップＳ１に戻る。
Ｖmin＜3.900Ｖ ＆ Ｉ＝0.000Ａ +/- 0.300Ａ （１０秒間）
この状態が検出されると、満充電までの充電処理（ステップＳ２）が行われてから処理がステップＳ１に戻る。
Ｖmin＝3.900Ｖ ＆ Ｉ＝0.000Ａ +/- 0.300Ａ （１０秒間）
この状態が検出されると、温度チェック処理（ステップＳ３）へ処理が移行する。

ステップＳ３においては、サーミスタＴＨにより検出された電池温度Ｔｅｍｐが所定のものか否かがチェックされる。この一実施の形態では、Ｔｅｍｐ＜１５°Ｃと判定される場合には、ヒータ等により加熱処理（ステップＳ４）を行ってからステップＳ１に処理が戻る。Ｔｅｍｐ＞４０°Ｃと判定される場合には、冷却のための待機（ステップＳ５）を経てステップＳ１に処理が戻る。（１５°Ｃ≦Ｔｅｍｐ≦４０°Ｃ）と判定される場合には、処理がステップＳ６に移行する。

ステップＳ６において、本体側にメインテナンス放電を行う要求が通知され、メインテナンス放電が実行される。すなわち、放電電流（Ｉ＝-7.000Ａ +/- 1.000Ａ）でもって単セル当たりＶmin＝3.000Ｖまで放電がなされる。

ステップＳ７において、放電時間が例えばＥＥＰＲＯＭ−ＩＣ４に記録される。この記録値が初期放電時間とされる。２回目以降のメインテナンス放電で同様に求められた放電時間と初期放電時間との比率に基づいて劣化度が算出される。最初のメインテナンス放電では、劣化していないので、ステップＳ８において、発光ダイオードＬＥＤによって「正常」の表示がなされる。

また、「正常」の場合には、充電要求が本体側へ送信される。ステップＳ９において、本体側によって二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６に対して満充電までの充電が行われる。そして、ノーマルモードに移行する。ノーマルモードでは、自己放電（ステップＳ１０）によって容量が低下する。ステップＳ１０は、ＣＰＵ−ＩＣ１によって実行される処理ではなく、ノーマルモードにおける容量低下の現象を表している。

図６を参照して説明する。図６に示す処理は、初回のメインテナンス放電の後の例えば２回目のメインテナンス放電を行う場合の処理を示す。初回のメインテナンス放電から所定時間経過すると、ステップＳ１１において、ステップＳ１と同様に、単セル当たりのセル電圧と電流とがチェックされ、その結果に応じて次の処理が決定される。

Ｖmin＞3.900Ｖ ＆ Ｉ＝0.000Ａ +/- 0.300Ａ （１０秒間）
この状態が検出されると、処理がステップＳ１１に戻る。
Ｖmin＜3.900Ｖ ＆ Ｉ＝0.000Ａ +/- 0.300Ａ （１０秒間）
この状態が検出されると、満充電までの充電処理（ステップＳ１２）が行われてから処理がステップＳ１１に戻る。
Ｖmin＝3.900Ｖ ＆ Ｉ＝0.000Ａ +/- 0.300Ａ （１０秒間）
この状態が検出されると、温度チェック処理（ステップＳ１３）へ処理が移行する。

ステップＳ１３においては、ステップＳ３と同様に、サーミスタＴＨにより検出された電池温度Ｔｅｍｐが所定のものか否かがチェックされる。この一実施の形態では、Ｔｅｍｐ＜１５°Ｃと判定される場合には、ヒータ等により加熱処理（ステップＳ１４）を行ってからステップＳ１１に処理が戻る。Ｔｅｍｐ＞４０°Ｃと判定される場合には、冷却のための待機（ステップＳ１５）を経てステップＳ１１に処理が戻る。（１５°Ｃ≦Ｔｅｍｐ≦４０°Ｃ）と判定される場合には、処理がステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６において、ステップＳ６と同様に、本体側にメインテナンス放電を行う要求が通知され、メインテナンス放電が実行される。放電電流（Ｉ＝-7.000Ａ +/- 1.000Ａ）でもって単セル当たりＶmin＝3.000Ｖまでメインテナンス放電がなされる。

ステップＳ１７において、放電時間が例えばＥＥＰＲＯＭ−ＩＣ４に記録される。ステップＳ１８において、ステップＳ１７で記録された放電時間の記録値と、ステップＳ７で求められている初期放電時間との比率が計算される。劣化が進んでいる電池は、メインテナンス放電時に記録される放電時間が短くなる。この点を利用して劣化の度合いが調べられる。すなわち、初期放電時間を１００％とし、２回目以降の放電時間の比率（％）が求められる。放電時間の比率自体を使用しても良いし、放電時間の比率から容量（放電時間×放電電流）の比率を求めても良い。一実施の形態では、放電電流を固定値としているので、放電時間の比率と容量の比率とが等しいものとなる。このように、最初の容量に対する現在の容量の割合が調べられる。求められた現在の容量がバックアップ電源装置に接続された電子機器の動作に必要な最小限の容量以上であるか否かが判定される。最小限の容量とは、メイン電源が停電・故障時に接続された電子機器がデータ保存処理等を行うために最小限必要な容量や電力量を意味する。

一実施の形態では、容量（初期放電時間）の初期値をＣＰｉとし、現在の容量（測定された２回目以降の放電時間）をＣＰｒとすると、（ＣＰｒ／ＣＰｉ＝０．７＝７０％）以上の容量が必要容量として設定されている。必要容量は、電子機器によって相違するので、接続される機器に応じて設定可能とされている。ステップＳ１８において、容量ＣＰｒが７０％以上か否かが判定され、ＣＰｒ＜７０％と判定されると、ステップＳ１９において、寿命終了品の表示がなされる。また、寿命終了品であることが本体側に通知される。

ステップＳ１８において容量ＣＰｒが７０％以上と判定されると、ステップＳ２０において、経過期間の判定がなされる。二次電池の使用を開始してから、例えば二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６を装着してからの経過期間が所定年数例えば１０年経過しているか否かが判定される。経過していないと判定されると、ステップＳ２１において、発光ダイオードＬＥＤによって「正常」の表示がなされる。所定期間経過していると、ステップＳ２２において、発光ダイオードＬＥＤによって「交換時期」の表示がなされる。「正常」および「交換時期」のそれぞれの情報が本体側に通知される。

また、「正常」の場合は、サイクル劣化がなく、必要最小限の容量・電力量があることを意味するので、本体側に通知されるモードは、ノーマルモードである。本体側にノーマルモードが通知されると、ステップＳ２３において、本体側によって二次電池ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６に対して満充電までの充電（例えば電池電圧が４．０５０Ｖに到達するまでの充電）が行われる。そして、ステップＳ２４では、次のセル電圧のチェックまでＣＰＵ−ＩＣ１が待機する。

なお、ノーマルモードにおいては、電池電圧が所定の範囲となるように、充電動作がなされ、また、上述したような各種の保護動作がなされる。

この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、経過年数が保証期間を経過しているか否かの判定を行ってから容量計算を行うようにし、保証期間を経過している電池の場合には、容量計算を不要としても良い。また、電池パックと本体との間の通信路としては、ＳＭバス以外の通信路（ＣＡＮ(Controller Area Network)通信等の２線式通信路や、ダラス通信等の
１線式）を使用しても良い。

この発明による電池電源装置の一実施の形態のブロック図である。 図１の一部のより詳細な接続図である。 図１の一部のより詳細な接続図である。 発光ダイオードを使用した表示部の表示例を示す略線図である。 この発明の一実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明の一実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

ＢＡＴ１〜ＢＡＴ６・・・二次電池
Ｑ２７〜Ｑ２９・・・放電制御用ＦＥＴ
Ｑ３０〜Ｑ３２・・・充電制御用ＦＥＴ
ＩＣ１・・・ＣＰＵ
ＩＣ５〜ＩＣ１０・・・二次電池の電圧検出回路
Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１３，Ｄ２１・・・発光ダイオード
Ｒ１・・・電流検出用抵抗

Claims (10)

1. 二次電池と、
   上記二次電池の正負の電極からそれぞれ導出された正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して逆方向の極性の寄生ダイオードを有する充電制御用電界効果型トランジスタと、
   上記正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して順方向の極性の寄生ダイオードを有する放電制御用電界効果型トランジスタと、
   上記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
   上記二次電池の放電電流および充電電流を検出する検出用抵抗と、
   温度を検出する温度検出素子と、
   上記電圧検出回路により検出された電池電圧、上記検出用抵抗により検出された上記放電電流および充電電流の電流値および上記温度検出素子により検出された温度が入力され、充電および放電を制御する制御部とを備え、
   上記制御部によって、上記温度検出素子により検出された温度が設定された範囲内にある場合に、予め設定された放電電流でもって、上記電池電圧が第１の電圧値の場合に開始し、上記電池電圧が第２の電圧値の場合に終了する連続的なメインテナンス放電を行うように制御し、
   最初の上記メインテナンス放電において、上記第２の電圧値に達するまでの初期放電時間が記録され、
   上記最初のメインテナンス放電の後になされる第２回目以降のメインテナンス放電における上記放電時間と、上記初期放電時間との比率によって、上記二次電池の現在の容量が設定された容量以上か否かを判定し、
   上記二次電池の現在の容量が上記設定された容量以上と判定される場合に、正常と判定し、
   上記二次電池の現在の容量が上記設定された容量未満と判定される場合に、寿命終了と判定する
   ことを特徴とする電池電源装置。
2. 接続される外部の電子機器がメイン電源の停止時に行う必要最小限の動作に必要な電力量以上に、容量が設定される請求項１記載の電池電源装置。
3. 上記正常と判定される場合と、上記寿命終了と判定される場合とでそれぞれ異なる表示を行う表示部を有する請求項１記載の電池電源装置。
4. 上記二次電池の使用期間が設定された保証期間以上か否かを判定し、上記二次電池の使用期間が設定された保証期間以上の場合には、交換時期であると判定する請求項１記載の電池電源装置。
5. 上記交換時期であることを示す表示を行う請求項１記載の電池電源装置。
6. 二次電池と、
   上記二次電池の正負の電極からそれぞれ導出された正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して逆方向の極性の寄生ダイオードを有する充電制御用電界効果型トランジスタと、
   上記正負の電源ラインの一方にそのドレイン・ソース間が挿入され、充電電流に対して順方向の極性の寄生ダイオードを有する放電制御用電界効果型トランジスタと、
   上記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路と、
   上記二次電池の放電電流および充電電流を検出する検出用抵抗と、
   温度を検出する温度検出素子と、
   上記電圧検出回路により検出された電池電圧、上記検出用抵抗により検出された上記放電電流および充電電流の電流値および上記温度検出素子により検出された温度が入力され、充電および放電をそれぞれ制御する制御部とを備える電池電源装置における寿命判定方法において、
   上記制御部によって、上記温度検出素子により検出された温度が設定された範囲内にある場合に、予め設定された放電電流でもって、上記電池電圧が第１の電圧値の場合に開始し、上記電池電圧が第２の電圧値の場合に終了する最初のメインテナンス放電を行うように制御し、
   上記最初のメインテナンス放電において、上記第２の電圧値に達するまでの初期放電時間が記録され、
   上記最初のメインテナンス放電の後に第２回目以降の上記メインテナンス放電を行い、上記第２の電圧値に達するまでの放電時間が記録され、
   上記初期放電時間と上記放電時間の比率によって、上記二次電池の現在の容量が設定された容量以上か否かを判定し、
   上記二次電池の現在の容量が上記設定された容量以上と判定される場合に、正常と判定し、
   上記二次電池の現在の容量が上記設定された容量未満と判定される場合に、寿命終了と判定する
   ことを特徴とする寿命判定方法。
7. 接続される外部の電子機器がメイン電源の停止時に行う必要最小限の動作に必要な電力量以上に、容量が設定される請求項６記載の寿命判定方法。
8. 上記正常と判定される場合と、上記寿命終了と判定される場合とでそれぞれ異なる表示を行う表示部を有する請求項６記載の寿命判定方法。
9. 上記二次電池の使用期間が設定された保証期間以上か否かを判定し、上記二次電池の使用期間が設定された保証期間以上の場合には、交換時期であると判定する請求項６記載の寿命判定方法。
10. 上記交換時期であることを示す表示を行う請求項６記載の寿命判定方法。

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